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基于無(wú)線(xiàn)通信芯片Si4438抄表模塊的研究
摘要：電力行業(yè)的管理對數據的采集和傳輸手段要求越來(lái)越高，如何在低功耗、低成本、小型化情況下實(shí)現無(wú)線(xiàn)數據通信的可靠傳輸，保障有效通信距離成為非常重要的研究課題。本文主要研究和設計無(wú)線(xiàn)抄表系統的下行通信系統，即實(shí)現用戶(hù)電表的數據在數據采集器和集中器之間傳輸。采用DL/T645-2007協(xié)議作為集中器與采集器之間的通信協(xié)議。使用性能優(yōu)異的射頻芯片Si4438和低功耗的C8051F930單片機。
關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)抄表;通信協(xié)議;Si4438;C8051F930
一、系統總體設計
自動(dòng)抄表系統的整體結構主要包括管理中心站、集中器、數據采集器和采集終端四部分。其中管理中心站為上位機，下位機系統由集中器、數據采集器和采集終端構成。管理中心站負責對抄表系統進(jìn)行設置命令發(fā)送、系統運行狀態(tài)檢測和顯示以及與抄表集中器的數據通信。作為自動(dòng)抄表系統的通信中樞，集中器負責管理中心站指令的接收、用戶(hù)用電數據的采集、計算數據的統計，充當管理中心站和電表之間溝通紐帶的角色。集中器通過(guò)與管理中心站進(jìn)行通信，獲得管理中心站發(fā)出的數據，并根據管理中心站的要求向中心站發(fā)送數據;對電表的數據進(jìn)行定時(shí)抄讀或設置電表參數，并將數據轉發(fā)給中心站或存儲到內部存儲單元，由集中器與電表進(jìn)行通信完成。
集中器在整個(gè)抄表系統中起著(zhù)非常重要的作用，它不僅要收集電表的數據并上傳給主站，而且要根據主站發(fā)來(lái)的命令控制所管轄的電表，因此，集中器要能夠同時(shí)與主站和電表進(jìn)行通信。集中器與主站的通信是通過(guò)GPRS方式進(jìn)行的，與電表則是采用無(wú)線(xiàn)的方式進(jìn)行通信，因此集中器應具有GPRS模塊，同時(shí)集中器還應帶有無(wú)線(xiàn)通信模塊。
二、無(wú)線(xiàn)通信單元設計
2.1 硬件設計
無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)系統的結構框圖如圖1所示，無(wú)線(xiàn)數據的收發(fā)由C8051F930單片機控制Si4438實(shí)現。
在發(fā)送模塊中，C8051F930將數據傳送給Si4438進(jìn)行編碼處理，并以特定的格式經(jīng)天線(xiàn)發(fā)送給接收模塊。接收模塊再對接收到的射頻信號進(jìn)行放大、解調之后，將數據發(fā)送給主控制器C8051F930以進(jìn)行相應的處理，如送液晶顯示等。系統提供了按鍵和液晶等人機交互界面，同時(shí)RS232接口可以完成與PC機間的通信。
2.2 軟件設計
模塊主要是完成對單片機和Si4438以及SPI的初始化配置，實(shí)現與主機通信的功能;根據Si4438所要完成的功能要求，配置相應的寄存器，完成無(wú)線(xiàn)數據的發(fā)送和接收。軟件采用中斷驅動(dòng)模式，從而能夠最大限度地使功耗降低，即在沒(méi)有任何外部中斷的情況下，單片機將進(jìn)入空閑模式;否則，將被喚醒，執行相關(guān)的操作，在完成執行當前操作后，再次進(jìn)入空閑模式。
三、協(xié)議選擇
3.1 645協(xié)議介紹
協(xié)議采用DL/T645-2007協(xié)議。645協(xié)議規定采用半雙工通信方式完成電表和采集設備之間的通信。采集設備為主站，電表為從站。系統內的每個(gè)電表都有唯一的編碼地址。主站通過(guò)發(fā)出信息指令對通信鏈路的建立和解除進(jìn)行控制。地址域由6個(gè)字節組成，表示電表的通信地址。系統的廣播地址為999999999999H，用來(lái)對所轄電表進(jìn)行系統校時(shí)和發(fā)送凍結指令。地址域可以通過(guò)高位補AAH用作通配字節，讀取電表數據可通過(guò)對低位進(jìn)行縮位尋址來(lái)實(shí)現，電表應答時(shí)回復實(shí)際的通信地址�？刂拼a的格式如圖5所示，低5位用來(lái)代表幀的功能，主要包括讀、寫(xiě)數據，讀、寫(xiě)地址，數據清零，數據凍結等。數據長(cháng)度域L代表數據域的字節總數，讀數據的時(shí)候數據域長(cháng)度不能大于200，寫(xiě)數據的時(shí)候數據域長(cháng)度不能大于50。在發(fā)送前數據幀對數據按字節進(jìn)行加33H操作處理，對數據在接收時(shí)按字節進(jìn)行減33H處理。傳輸時(shí)發(fā)送方對字節做加33H操作，接收方對字節做減33H操作。數據幀中校驗碼之間的數據的字節的模256和為校驗碼。
3.2 645協(xié)議程序設計
當集中器接收到電表數據幀后，首先要檢驗數據包長(cháng)度，然后查找幀頭、幀尾、和幀長(cháng)度等是否正確。檢測項若不正確，則將舍棄數據包，若正確則繼續對數據進(jìn)行模256驗證，之后對數據進(jìn)行-33H處理。再按照功能碼對數據進(jìn)行分類(lèi)解析。在對數據幀的處理過(guò)程中，如果出現錯誤，則抄表失敗，置抄表失敗標志位，等待補抄任務(wù)。
四、總結
作為我國最具發(fā)展潛力的現代應用技術(shù)之一，人們對無(wú)線(xiàn)抄表系統的研究不斷加深。而微功率無(wú)線(xiàn)抄表技術(shù)已經(jīng)成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文采用新型的Si4438無(wú)線(xiàn)射頻芯片，Si4438技術(shù)方案可達20dB的發(fā)射功率，保證射頻信號可以穿透整個(gè)建筑物�？刹杉�500個(gè)節點(diǎn)的數據，滿(mǎn)足一幢大樓的需求。Si4438收發(fā)器專(zhuān)為425-525MHz ISM頻段設計，符合嚴格的中國智能電表470-510MHz頻段操作監管要求，是為中國智能電表市場(chǎng)量身定制的無(wú)線(xiàn)收發(fā)器。
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